CN112326888B - 一种裂缝堵漏模拟的实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裂缝堵漏模拟的实验装置及其实验方法，该装置包括主循环回路和第一支路，主循环回路包括堵漏浆罐、地层水罐、上循环管路、下循环管路、裂缝堵漏模拟器和脉冲电磁阀，该实验方法包括模拟地层水侵蚀裂缝及裂缝面直至饱和的实验方法、维持堵漏层两侧恒定压差下模拟动态堵漏浆封堵裂缝的实验方法、模拟钻井液冲刷堵漏层的实验方法、评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果的实验方法等。本发明公开了一种裂缝堵漏模拟的实验装置及其实验方法，能够对在贯穿裂缝内形成的堵漏层进行正向和反向承压测试以及正反向交替作用下的承压能力测试，真实评价模拟钻井过程中堵漏浆堵漏及堵漏完成后堵漏层持续的封堵能力，进而评价堵漏材料的堵漏效果。

Description

一种裂缝堵漏模拟的实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及石油钻井测试的实验方法，具体涉及一种裂缝堵漏模拟的实验装置及其实验方法。

背景技术

井漏是在钻井、固井、测井等各种井下作业中，钻井液、水泥浆、完井液及其它流体等各种工作液在压差作用下漏入地层的现象。钻井液漏失是钻井作业中一种常见的井下复杂情况。井漏可以发生在浅、中及深层中，也可以在不同的地质年代如从第四系直到古生界发生。而且，各类岩性的地层中都可能出现。

一旦漏失发生，不仅延误钻井时间，损失钻井液，干扰地质录井工作，而且还可能引发井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故，甚至导致井眼报废，造成重大的经济损失。若在油气层发生井漏，还易造成对产层的损害，影响生产，因为漏失导致了生产测试和样品测试的失败，而生产层的堵塞使生产效率下降。从某种程度上讲，井漏比某些钻井事故给油气勘探开发带来的损失更大。因此，在钻井过程中，需向钻井液中加入各种堵漏材料，对裂缝进行堵漏。堵漏材料的选择要考虑到地层物理化学性质、地层承压能力等多方面的因素，常用的堵漏材料有石墨颗粒、碳酸钙颗粒以及各种聚合物。

此外，由于起下钻产生的压力波动易导致堵漏层失效，导致钻井液漏失。波动压力可能来自下钻过程中产生的激动压力，如当钻柱或套管向井内下人太快时，将使净水压类增高，即为激动压力，激动压力可静会引起井漏；也有可能来自有起钻过程的抽吸作用导致堵漏材料反向流出，如抽吸压力发生在井内起钻时，钻柱下端因上升而空出来的井眼空间，以及钻井液因黏滞性附于钻柱上，随钻柱上行而空出来的空间将由其上面的钻井液填充，引起钻井液向下流动。在钻井过程中，起下钻作业比较频繁发生，容易到堵漏层产生影响，研究正反向压差作用下的封堵层的承压能力，能够更加准备的确定某种堵漏材料或堵漏浆的适用范围，对现场具有很好的指导意义。

防漏堵漏室内评价方法是评价钻井液及防漏堵漏材料效果的重要实验手段。而该方法主要通过堵漏模拟评价仪器来实现的。现有的堵漏评价装置很多，如中国发明专利《模拟钻井液动态漏失与堵漏的实验装置及实验方法》(公布号为CN103953332A)，《承压堵漏测试仪》(公布号为CN102400677A)和《智能高温高压动态堵漏评价实验仪》(申请号为200510019252.X)等。

然而，现有的评价装置没有考虑真实钻井过程中压力波动对堵漏过程的影响，以及没有考虑由于压力波动产生负压差后堵漏材料反吐现象；也没有考虑钻井液对已完成的堵漏层的冲刷后堵漏层承压能力；此外，现有大裂缝没有考虑地层的渗透率特征，也不能真实反应堵漏过程。由于没有考虑这些重要的因素，现有的堵漏评价装置及其评价方法的实验有效性偏低，通过现有装置及方法得出的结论不能指导实践，无法真正用于综合评价堵漏材料的堵漏效果及堵漏层的承压能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种裂缝堵漏模拟的实验装置及其实验方法，考虑真实钻井过程中压力波动对堵漏过程的影响等因素，用以解决现有裂缝堵漏模拟的实验装置及其实验方法无法真正用于综合评价堵漏材料的堵漏效果及堵漏层的承压能力的问题。

本发明提供一种裂缝堵漏模拟的实验装置，包括主循环回路、第一支路和第二支路，所述主循环回路包括堵漏浆罐、地层水罐、上循环管路、下循环管路、裂缝堵漏模拟器、泥浆泵、脉冲电磁阀和计算机；所述裂缝堵漏模拟器内设置有狭长的贯穿裂缝，所述贯穿裂缝包括贯穿裂缝进液端、贯穿裂缝出液口和裂缝通道，所述贯穿裂缝进液端和所述贯穿裂缝出液口分别设置于所述裂缝通道的两端；所述贯穿裂缝进液端的两端分别设置有进液端进液口和所述进液端出液口；所述堵漏浆罐和所述地层水罐的顶部设置有出液口，所述堵漏浆罐和所述地层水罐的出液口并联连通于所述上循环管路的进液口，所述上循环管路上设置有泥浆泵；所述上循环管路的出液口与所述进液端进液口连通，所述进液端出液口与所述下循环管路的进液口连通，所述堵漏浆罐和所述地层水罐的底部设置有回液口，所述堵漏浆罐和所述地层水罐的回液口并联连通于所述下循环管路的出液口，由此形成主循环回路；所述贯穿裂缝出液口与所述第一支路的进液端连通，所述第一支路的出液端的正下方设置有第一废液池；所述裂缝堵漏模拟器出液侧的底部设置有渗透液出孔，所述贯穿裂缝的渗透液出孔与所述第二支路的进液端连通，所述第二支路的出液端的正下方设置有第二废液池；其中，所述堵漏浆罐和所述地层水罐的出液口与所述上循环管路的进液口之间的管路上分别设置有堵漏浆罐出液控制阀和地层水罐出液控制阀，所述泥浆泵与所述上循环管路的进液口之间的管路上设置有脉冲电磁阀，所述脉冲电磁阀连接有计算机；所述堵漏浆罐和所述地层水罐的回液口与所述下循环管路的出液口之间的管路上分别设置有堵漏浆罐回液控制阀和地层水罐回液控制阀；所述下循环管路、所述第一支路和所述第二支路上分别设置有第一阀门、第二阀门和第三阀门；所述上循环管路、所述下循环管路和所述第一支路上分别设置有第一压力表、第二压力表和第三压力表；所述下循环管路、所述第一支路和所述第二支路上分别设置有第一回压阀、第二回压阀和第三回压阀；所述第一支路连通有手压泵。

优选地，所述贯穿裂缝进液端粗大、贯穿裂缝出液口细小；所述贯穿裂缝为由两块相同的带有斜面的裂缝板拼接而成的楔形裂缝。

本发明还涉及一种模拟地层水侵蚀裂缝及裂缝面直至饱和的实验方法，采用上述的裂缝堵漏模拟的实验装置，包括以下步骤：

步骤A1：依次打开地层水罐出液控制阀、第四阀门和第三阀门，设置第三回压阀的实验压力值P；

步骤A2：开启泥浆泵，地层水罐中的地层水进入上循环管路，流经第四阀门后进入进液端进液口，并从贯穿裂缝进液端进入裂缝通道内；

步骤A3：地层水向两侧的裂缝板渗透，汇入至渗透液出孔并流入至第二支路，经过第三回压阀和第三阀门后从第二支路的出液端流出至第二废液池，直至第二支路的出液端流速稳定；

步骤A4：关闭泥浆泵，关闭地层水罐出液控制阀。

本发明还涉及一种维持堵漏层两侧恒定压差下模拟动态堵漏浆封堵裂缝的实验方法，采用上述的裂缝堵漏模拟的实验装置，该实验方法在上述的实验方法之后，包括以下步骤：

步骤B1：依次打开堵漏浆罐出液控制阀、第一阀门、堵漏浆罐回液控制阀和第二阀门；

步骤B2：设置第二回压阀和第三回压阀的压力值均为0.5P，设置第一回压阀压力值为1.5P；

步骤B3：开启泥浆泵，堵漏浆罐中的堵漏浆进入上循环管路，经过第四阀门后进入进液端进液口，并从贯穿裂缝进液端进入裂缝通道内；

步骤B4：堵漏浆在裂缝通道内累积逐渐形成堵漏层，贯穿裂缝的贯穿裂缝进液端和贯穿裂缝进液端处的压力逐渐增加，直至裂缝堵漏模拟器内部压力达到第二回压阀和第三回压阀设置的压力值0.5P；

步骤B5：一部分堵漏浆贯穿通过裂缝板进入第一支路的进液端，先后依次经第二阀门和第二回压阀后，从第一支路的出液端流出至第一废液池；同时另一部分堵漏浆渗透过裂缝板进入第二支路的进液端，经第三回压阀和第三阀门后，从第二支路的出液端进入第二废液池；

步骤B6：重复步骤B4至步骤B5，直到当主循环回路内的堵漏浆压力达到第一回压阀设置的压力值1.5P后，堵漏浆通过第一回压阀进入下循环管路，经过第一阀门、堵漏浆罐回液控制阀回到堵漏浆罐；

步骤B7：观察第一压力表和第二压力表的压力值变化，直至第一压力表和第二压力表的压力值相同或接近，由此形成主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环。

本发明还涉及一种模拟钻井液冲刷堵漏层的实验方法，采用上述的裂缝堵漏模拟的实验装置，该实验方法在上述的实验方法之后，包括以下步骤：

步骤C1：保持所述步骤B7的主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环的状态下的设置，使堵漏浆在实验压力值P的压差下持续冲刷堵漏层；

步骤C2：观察第一支路的出液端和第二支路的出液端处的流速变化情况；

步骤C3：分析判断堵漏层是否稳定，若第一支路的出液端和第二支路的出液端流速变快，即说明堵漏层被破坏；若第一支路的出液端和第二支路的出液端流速无变化，即说明堵漏层未被破坏。

本发明涉及一种评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果的实验方法，采用上述的裂缝堵漏模拟的实验装置，该实验方法在上述的实验方法之后，还包括以下步骤：

步骤D₁1：保持泥浆泵处于工作状态，提高第一回压阀压力值到2P，继续所述步骤B7的主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环；

步骤D₁2：观察第三压力表的压力值变化情况，判断堵漏层是否破坏，其判断方法为：如果第三压力表的压力一致维持在0.5P左右，则表明堵漏层未破坏；如果第三压力表的压力突然降低，则表明堵漏层破坏；

步骤D₁3：若保持第一回压阀压力值的状态，第三压力表的压力持续10分钟没变化，提高第一回压阀的压力值1MPa至(2P+1)MPa；

步骤D₁4：保持第一回压阀压力值的状态，若第三压力表的压力每持续10分钟没变化，则提高第一回压阀的压力值1MPa；

步骤D₁5：重复所述步骤D₁4，直至第三压力表出现突降为0，记录第一回压阀当前状态所处的压力值(2P+n)MPa，其中n为大于等于1的自然数；

步骤D₁6：将第三压力表出现了下降时第一回压阀当前状态所处的压力值(2P+n)MPa记为堵漏层的正向压差作用下的承压值；

步骤D₁7：评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果，即堵漏层的承压值越高，说明堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果越好。

优选地，在所述步骤D₁1中：保持泥浆泵处于工作状态，提高第一回压阀压力值到2P，通过计算机控制脉冲电磁阀的开启或关闭，让主循环回路每间隔5min开启一次，实现主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环，产生波动的循环压力，使贯穿裂缝进液端和贯穿裂缝出液口形成交替的正反向压差；在所述步骤D₁6中：将第三压力表出现了下降时第一回压阀当前状态所处的压力值(2P+n)MPa记为堵漏层的正反向交替压差作用下的承压值。

本发明涉及评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果的实验方法，采用上述的裂缝堵漏模拟的实验装置，该实验方法在上述的实验方法之后，还包括以下步骤：

步骤D₂1：保持泥浆泵处于工作状态，提高第二回压阀压力值到2P，通过手压泵给第一支路施加压力，该压力反向作用于堵漏层，使堵漏层产生反向压力；

步骤D₂2：观察第三压力表的压力值变化情况，判断堵漏层是否破坏，其判断方法为：如果第三压力表的压力一致维持在2P左右，则表明堵漏层未破坏；如果第三压力表的压力突然降低，则表明堵漏层破坏；

步骤D₂3：若保持第一回压阀压力值的状态，第三压力表的压力持续10分钟没变化，提高第二回压阀的压力值1MPa至(2P+1)MPa，然后通过手压泵给第一支路施加反向压力至(2P+1)MPa。

步骤D₂4：保持第一回压阀压力值的状态，若第三压力表的压力每持续10分钟没变化，则提高第二回压阀的压力值1MP，然后通过手压泵给第一支路继续增压1MPa；

步骤D₂5：重复所述步骤D₂4，直至第三压力表出现突降为0，记录第二回压阀当前状态所处的压力值(2P+n)MPa，其中n为大于等于1的自然数；

步骤D₂6：将第三压力表出现了下降时第二回压阀当前状态所处的压力值(2P+n)MPa记为堵漏层的反向压差作用下的承压值；

步骤D₂7：评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果，即堵漏层的承压值越高，说明堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果越好。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种裂缝堵漏模拟的实验装置及其实验方法，泥浆泵的工作状态能提供正向压力，手压泵给第一支路施加压力形成作用于堵漏层的反向压力，脉冲电磁阀使主循环回路中产生波动的压力以建立模拟钻井过程中的钻井液循环过程中的动态变化的正反向交替作用下压差，从而形成对在贯穿裂缝内堵漏层的正向、反向承压测试以及正反向交替作用下的承压能力测试，不仅考察堵漏层的封堵能力，还能真实评价模拟钻井过程中堵漏浆堵漏及堵漏完成后堵漏层持续的封堵能力，进而评价堵漏材料的堵漏效果，提高了堵漏评价方法的实验有效性。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的裂缝堵漏模拟评价的实验装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

实施例1提供一种裂缝堵漏模拟的实验装置，下面对结构进行详细描述。

参考图1，该裂缝堵漏模拟评价的实验装置包括主循环回路、第一支路61和第二支路62。

主循环回路包括堵漏浆罐1、地层水罐2、上循环管路3、下循环管路4、裂缝堵漏模拟器5、泥浆泵31、脉冲电磁阀32和计算机33。

裂缝堵漏模拟器5内设置有狭长的贯穿裂缝51，贯穿裂缝51包括贯穿裂缝进液端511、贯穿裂缝出液口513和裂缝通道512，贯穿裂缝进液端511粗大、贯穿裂缝出液口513细小，贯穿裂缝进液端511和贯穿裂缝出液口513分别设置于裂缝通道512的两端；贯穿裂缝进液端511的两端分别设置有进液端进液口514和进液端出液口515；堵漏浆罐1和地层水罐2的顶部设置有出液口，堵漏浆罐1和地层水罐2的出液口并联连通于上循环管路3的进液口，上循环管路3上设置有泥浆泵31；上循环管路3的出液口与进液端进液口514连通，进液端出液口515与下循环管路4的进液口连通，堵漏浆罐1和地层水罐2的底部设置有回液口，堵漏浆罐1和地层水罐2的回液口并联连通于下循环管路4的出液口，由此形成主循环回路；

贯穿裂缝出液口513与第一支路61的进液端连通，第一支路61的出液端的正下方设置有第一废液池610；

裂缝堵漏模拟器5出液侧的底部设置有渗透液出孔516，贯穿裂缝51的渗透液出孔516与第二支路62的进液端连通，第二支路62的出液端的正下方设置有第二废液池620。

其中，堵漏浆罐1和地层水罐2的出液口与上循环管路3的进液口之间的管路上分别设置有堵漏浆罐出液控制阀11和地层水罐出液控制阀21，泥浆泵31与上循环管路3的进液口之间的管路上设置有脉冲电磁阀32，脉冲电磁阀32连接有计算机33；堵漏浆罐1和地层水罐2的回液口与下循环管路4的出液口之间的管路上分别设置有堵漏浆罐回液控制阀12和地层水罐回液控制阀22。

为了控制裂缝堵漏模拟器5向下循环管路4和述第一支路61排液，下循环管路4和第一支路61上分别设置有第一阀门71和第二阀门72。

为了监控上循环管路3和下循环管路4的管路内部压力情况，上循环管路3和下循环管路4上分别设置有第一压力表81和第二压力表82。

为了监测和掌握第一支路61的管路内部压力情况，第一支路61上设置有第三压力表83。

为了模拟钻井液对已完成的堵漏层100的冲刷后堵漏层100的承压能力，有必要调节裂缝堵漏模拟器5的进液端出液口515的排液量并实现精确控制，下循环管路4上设置有第一回压阀91，其中第二压力表82设置于裂缝堵漏模拟器5的进液端出液口515与第一回压阀91之间的管路上。

为了实现了通过贯穿裂缝出液口513对贯穿裂缝51施加反向压力，从外部给第一支路61加压，第一支路61连通有手压泵6。同时为了维持施加压力的稳定，第一支路61上设置有第二回压阀92。

为了快速排出主循环回路的液体，实现对实验装置的清洗，以及保证操作安全的需要，泥浆泵31与上循环管路3的出液口之间的上循环管路3上设置有泄压阀34和第四阀门74，其中，泥浆泵31、泄压阀34、第四阀门74和第一压力表81从上循环管路3的进液端至出液端依次排列。

贯穿裂缝51为由两块相同的带有斜面的裂缝板50拼接而成的楔形裂缝，裂缝板50不同于现有裂缝模拟采用的密实板，裂缝板50是采用3D打印技术打印的具有渗透性的多孔材料板，该多孔材料板实质为带有孔隙分布的非密实板，裂缝板50内部分布的孔隙用于模拟地层渗透作用下的钻井液堵漏。通过改变裂缝板50斜面处的厚度来调整贯穿裂缝51的宽度，贯穿裂缝51的宽度在0～5mm之间变化。

为了提高裂缝堵漏模拟器5的密封性能，两块裂缝板50可直接插入到裂缝堵漏模拟器5内，并通过密封垫500、金属压头501和旋转螺栓对裂缝板50进行固定和密封。具体地，裂缝堵漏模拟器5包括一个外筒，两块裂缝板50拼接形成的裂缝模拟件设置于该外筒内，裂缝板50的进液端和出液端分别设置有密封垫500，其中裂缝板50进液端的密封垫500设有金属压头501，该金属压头501设有螺栓孔，通过两组旋转螺栓将两块裂缝板50拼接形成的裂缝模拟件固定于该外筒内。其中，外筒用于储存通过裂缝通道512的流体。

为了控制裂缝堵漏模拟器5向第二支路62排液，第二支路62上设置有第三阀门73。

为了对裂缝堵漏模拟器5的排液实现精确控制，第二支路62上设置有第三回压阀93。

进一步地，为了控制温度变化，对堵漏浆进行加温而达到模拟地层温度的效果，堵漏浆罐1、裂缝堵漏模拟器5和地层水罐2外部设置有加热套，该加热套配置有控温装置。

实施例2

实施例2提供一种模拟地层水侵蚀裂缝及裂缝面直至饱和的实验方法，采用实施例1的裂缝堵漏模拟评价的实验装置，实验开始前，堵漏浆罐出液控制阀11、堵漏浆罐回液控制阀12、地层水罐出液控制阀21、地层水罐回液控制阀22、第一阀门71、第二阀门72、第三阀门73和第四阀门74均处于关闭状态，通过该实验方法可以向裂缝堵漏模拟器5注入地层水直至裂缝板50饱和，用于模拟恒定压差作用下地层水注入裂缝板50孔隙直至饱和的过程，具体包括以下步骤：

步骤A1：依次打开地层水罐出液控制阀21、第四阀门74和第三阀门73，设置第三回压阀93的实验压力值P，本实施例中该实验压力值P为3MPa；

步骤A2：开启泥浆泵31，地层水罐2中的地层水进入上循环管路3，流经第四阀门74后进入进液端进液口514，并从贯穿裂缝进液端511进入裂缝通道512内；

步骤A3：地层水向两侧的裂缝板50渗透，汇入至渗透液出孔516并流入至第二支路62，经过第三回压阀93和第三阀门73后从第二支路62的出液端流出至第二废液池620，直至第二支路62的出液端流速稳定；

步骤A4：关闭泥浆泵31，关闭地层水罐出液控制阀21。

该实验方法主要用于还原裂缝在井底的真实状态，让裂缝内及裂缝周围的孔隙充满地层水，进而避免了由于裂缝腔内空气对实验结果的影响，也避免了由于干的裂缝初期吸水造成的实验结果误差。

实施例3

实施例3提供一种维持堵漏层100两侧恒定压差下模拟动态堵漏浆封堵裂缝的实验方法，采用实施例1的裂缝堵漏模拟评价的实验装置，在实施例2提供的模拟地层水侵蚀裂缝及裂缝面直至饱和的实验方法之后，具体包括以下步骤：

步骤B1：依次打开堵漏浆罐出液控制阀11、第一阀门71、堵漏浆罐回液控制阀12和第二阀门72；

步骤B2：设置第二回压阀92和第三回压阀93的压力值均为0.5P，即1.5MPa，设置第一回压阀91压力值为1.5P，即4.5MPa；

步骤B3：开启泥浆泵31，堵漏浆罐1中的堵漏浆进入上循环管路3，经过第四阀门74后进入进液端进液口514，并从贯穿裂缝进液端511进入裂缝通道512内；

步骤B4：堵漏浆在裂缝通道512内累积逐渐形成堵漏层100，贯穿裂缝51的贯穿裂缝进液端511和贯穿裂缝进液端511处的压力逐渐增加，直至裂缝堵漏模拟器5内部压力达到第二回压阀92和第三回压阀93设置的压力值0.5P，即1.5MPa；

步骤B5：一部分堵漏浆贯穿通过裂缝板50进入第一支路61的进液端，先后依次经第二阀门72和第二回压阀92后，从第一支路61的出液端流出至第一废液池610；同时另一部分堵漏浆渗透过裂缝板50进入第二支路62的进液端，经第三回压阀93和第三阀门73后，从第二支路62的出液端进入第二废液池620；

步骤B6：重复步骤B4至步骤B5，直到当主循环回路内的堵漏浆压力达到第一回压阀91设置的压力值1.5P后，堵漏浆通过第一回压阀91进入下循环管路4，经过第一阀门71、堵漏浆罐回液控制阀12回到堵漏浆罐1；

步骤B7：观察第一压力表81和第二压力表82的压力值变化，直至第一压力表81和第二压力表82的压力值相同或接近，由此形成主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环。

该方法用于模拟堵漏浆封堵裂缝的过程，该过程即考虑了堵漏材料在裂缝内运移过程，又考虑了堵漏材料由于渗透作用在裂缝壁面的滞留过程。只有在这种综合作用下堵漏材料封堵裂缝的过程与真实钻井过程中堵漏浆封堵裂缝过程原理一样，进而通过该方法优选的封堵材料才能在井底起到更好的作用，否则采用常规方法优选的封堵材料，到井底可能无法达到封堵裂缝作用或者封堵时间延时导致大量的钻井液漏失或不能完全封堵裂缝，导致小漏失依然发生。

实施例4

实施例4提供一种模拟钻井液冲刷堵漏层100的实验方法，采用实施例1的裂缝堵漏模拟评价的实验装置，在实施例3提供的维持堵漏层100两侧恒定压差下模拟动态堵漏浆封堵裂缝的实验方法之后，具体包括以下步骤：

步骤C1：保持实施例3状态下的设置，使堵漏浆在实验压力值P的压差下持续冲刷堵漏层100；

步骤C2：观察第一支路61的出液端和第二支路62的出液端处的流速变化情况；

步骤C3：分析判断堵漏层100是否稳定；

若第一支路61的出液端和第二支路62的出液端流速变快，即说明堵漏层100被破坏；若第一支路61的出液端和第二支路62的出液端流速无变化，即说明堵漏层100未被破坏。

该方法主要用于观察堵漏浆封堵裂缝完成后，堵漏层的稳定性。如果在持续的恒定循环压差下及钻井液冲刷作用下，封堵层未破坏，说明该堵漏材料在该压差作用下封堵效果，抗冲刷能力强。钻井过程中，后续持续钻进及循环钻井液对堵漏层影响不大，不会引发钻井液进一步漏失。

实施例5

实施例5提供一种评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果的实验方法，采用实施例1的裂缝堵漏模拟评价的实验装置，在实施例3或实施例4提供的的实验方法之后，具体包括以下步骤：

步骤D₁1：保持泥浆泵31处于工作状态，提高第一回压阀91压力值到2P，继续实施例3中的主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环；

步骤D₁2：观察第三压力表83的压力值变化情况，判断堵漏层100是否破坏，其判断方法为：如果第三压力表83的压力一致维持在0.5P左右，则表明堵漏层100未破坏；如果第三压力表83的压力突然降低，则表明堵漏层100破坏；

步骤D₁3：若保持第一回压阀91压力值的状态，第三压力表83的压力持续10分钟没变化，提高第一回压阀91的压力值1MPa至(2P+1)MPa，其中，记P₁＝2P+1；

步骤D₁4：保持第一回压阀91压力值的状态，若第三压力表83的压力每持续10分钟没变化，则提高第一回压阀91的压力值1MPa；

步骤D₁5：重复步骤D₁4，直至第三压力表83出现突降为0，记录第一回压阀91当前状态所处的压力值(2P+n)MPa，其中n为大于等于1的自然数，P_n＝2P+n；

步骤D₁6：将第三压力表83出现了下降时第一回压阀91当前状态所处的压力值(2P+n)MPa记为堵漏层100的正向压差作用下的承压值；

步骤D₁7：评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果，即堵漏层100的承压值越高，说明堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果越好。

该方法主要用于评价所使用的堵漏材料封堵所设计裂缝的最大承压能力。可判断该封堵层能够承受多大激动压力或者可帮助现场工程师判断在某一激动压力下堵漏层是否完好提供依据。

实施例6

实施例6提供一种评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果的实验方法，采用实施例1的裂缝堵漏模拟评价的实验装置，在实施例5的基础上，针对步骤D₁1和步骤D₁6进行改进，其中，

步骤D₁1：保持泥浆泵31处于工作状态，提高第一回压阀91压力值到2P，通过计算机33控制脉冲电磁阀32的开启或关闭，让主循环回路每间隔5min开启和关闭一次，实现主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环，产生波动的循环压力，使贯穿裂缝进液端511和贯穿裂缝出液口513形成交替的正反向压差。

步骤D₁6：将第三压力表83出现了下降时第一回压阀91当前状态所处的压力值(2P+n)MPa记为堵漏层100的正反向交替压差作用下的承压值。

该方法主要用于模拟堵漏完成后，由于起钻形成的抽吸压力，导致钻井液方向流动时，堵漏材料是否发生反吐。如果反吐说明该堵漏材料形成的封堵层不稳定，后期有再次发生钻井液漏失的风险。同时，由于下钻也会产生激动压力，导致井筒内的压力升高，压漏了原来的封堵层，造成钻井液漏失。起钻下钻是在钻井过程中频繁发生，会对堵漏层产生很大的影响。因此，通过该方法可研究某种封堵材料的在这种正反向交替压差作用的承压能力，进而决定了该类堵漏材料的形成的封堵层在多大激动压力和抽吸压力下能够持续多久。

实施例7

实施例7提供一种评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果的实验方法，采用实施例1的裂缝堵漏模拟评价的实验装置，在实施例3或实施例4提供的的实验方法之后，具体包括以下步骤：

步骤D₂1：保持泥浆泵31处于工作状态，提高第二回压阀92压力值到2P，通过手压泵6给第一支路61施加压力，该压力反向作用于堵漏层100，使堵漏层100产生反向压力；

步骤D₂2：观察第三压力表83的压力值变化情况，判断堵漏层100是否破坏，其判断方法为：如果第三压力表83的压力一致维持在2P左右，则表明堵漏层100未破坏；如果第三压力表83的压力突然降低，则表明堵漏层100破坏；

步骤D₂3：若保持第一回压阀91压力值的状态，第三压力表83的压力持续10分钟没变化，提高第二回压阀92的压力值1MPa至(2P+1)MPa，然后通过手压泵6给第一支路61施加反向压力至(2P+1)MPa。

步骤D₂4：保持第一回压阀91压力值的状态，若第三压力表83的压力每持续10分钟没变化，则提高第二回压阀92的压力值1MP，然后通过手压泵6给第一支路61继续增压1MPa；

步骤D₂5：重复步骤D₂4，直至第三压力表83出现突降为0，记录第二回压阀92当前状态所处的压力值(2P+n)MPa，其中n为大于等于1的自然数；

步骤D₂6：将第三压力表83出现了下降时第二回压阀92当前状态所处的压力值(2P+n)MPa记为堵漏层100的反向压差作用下的承压值；

步骤D₂7：评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果，即堵漏层100的承压值越高，说明堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果越好。

反向承压能力测试结果决定了该堵漏浆形成的堵漏材料在多大抽吸压力下，堵漏层是完好，也决定了其适用范围。

实验结束后，清洗主循环回路的管路，卸下裂缝堵漏模拟器5，取出两块裂缝板50。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种裂缝堵漏模拟的实验方法，采用裂缝堵漏模拟的实验装置，所述裂缝堵漏模拟的实验装置包括主循环回路、第一支路(61)和第二支路(62)，

所述主循环回路包括堵漏浆罐(1)、地层水罐(2)、上循环管路(3)、下循环管路(4)、裂缝堵漏模拟器(5)、泥浆泵(31)、脉冲电磁阀(32)和计算机(33)；

所述裂缝堵漏模拟器(5)内设置有狭长的贯穿裂缝(51)，所述贯穿裂缝(51)包括贯穿裂缝进液端(511)、贯穿裂缝出液口(513)和裂缝通道(512)，所述贯穿裂缝进液端(511)和所述贯穿裂缝出液口(513)分别设置于所述裂缝通道(512)的两端；所述贯穿裂缝进液端(511)的两端分别设置有进液端进液口(514)和所述进液端出液口(515)；

所述贯穿裂缝进液端(511)粗大、贯穿裂缝出液口(513)细小；所述贯穿裂缝(51)为由两块相同的带有斜面的裂缝板(50)拼接而成的楔形裂缝；

所述堵漏浆罐(1)和所述地层水罐(2)的顶部设置有出液口，所述堵漏浆罐(1)和所述地层水罐(2)的出液口并联连通于所述上循环管路(3)的进液口，所述上循环管路(3)上设置有泥浆泵(31)；所述上循环管路(3)的出液口与所述进液端进液口(514)连通，所述进液端出液口(515)与所述下循环管路(4)的进液口连通，所述堵漏浆罐(1)和所述地层水罐(2)的底部设置有回液口，所述堵漏浆罐(1)和所述地层水罐(2)的回液口并联连通于所述下循环管路(4)的出液口，由此形成主循环回路；

所述贯穿裂缝出液口(513)与所述第一支路(61)的进液端连通，所述第一支路(61)的出液端的正下方设置有第一废液池(610)；

所述裂缝堵漏模拟器(5)出液侧的底部设置有渗透液出孔(516)，所述贯穿裂缝(51)的渗透液出孔(516)与所述第二支路(62)的进液端连通，所述第二支路(62)的出液端的正下方设置有第二废液池(620)；

其中，所述堵漏浆罐(1)和所述地层水罐(2)的出液口与所述上循环管路(3)的进液口之间的管路上分别设置有堵漏浆罐出液控制阀(11)和地层水罐出液控制阀(21)，所述泥浆泵(31)与所述上循环管路(3)的进液口之间的管路上设置有脉冲电磁阀(32)，所述脉冲电磁阀(32)连接有计算机(33)；所述堵漏浆罐(1)和所述地层水罐(2)的回液口与所述下循环管路(4)的出液口之间的管路上分别设置有堵漏浆罐回液控制阀(12)和地层水罐回液控制阀(22)；

所述下循环管路(4)、所述第一支路(61)和所述第二支路(62)上分别设置有第一阀门(71)、第二阀门(72)和第三阀门(73)；

所述上循环管路(3)、所述下循环管路(4)和所述第一支路(61)上分别设置有第一压力表(81)、第二压力表(82)和第三压力表(83)；

所述下循环管路(4)、所述第一支路(61)和所述第二支路(62)上分别设置有第一回压阀(91)、第二回压阀(92)和第三回压阀(93)；

所述第一支路(61)连通有手压泵(6)；

其特征在于，该方法包括：

步骤A：模拟地层水侵蚀裂缝及裂缝面直至饱和的实验，包括以下步骤：

步骤A1：依次打开地层水罐出液控制阀(21)、第四阀门(74)和第三阀门(73)，设置第三回压阀(93)的实验压力值P；

步骤A2：开启泥浆泵(31)，地层水罐(2)中的地层水进入上循环管路(3)，流经第四阀门(74)后进入进液端进液口(514)，并从贯穿裂缝进液端(511)进入裂缝通道(512)内；

步骤A3：地层水向两侧的裂缝板(50)渗透，汇入至渗透液出孔(516)并流入至第二支路(62)，经过第三回压阀(93)和第三阀门(73)后从第二支路(62)的出液端流出至第二废液池(620)，直至第二支路(62)的出液端流速稳定；

步骤A4：关闭泥浆泵(31)，关闭地层水罐出液控制阀(21)；

步骤B：维持堵漏层两侧恒定压差下模拟动态堵漏浆封堵裂缝的实验，包括以下步骤：

步骤B1：依次打开堵漏浆罐出液控制阀(11)、第一阀门(71)、堵漏浆罐回液控制阀(12)和第二阀门(72)；

步骤B2：设置第二回压阀(92)和第三回压阀(93)的压力值均为0.5P，设置第一回压阀(91)压力值为1.5P；

步骤B3：开启泥浆泵(31)，堵漏浆罐(1)中的堵漏浆进入上循环管路(3)，经过第四阀门(74)后进入进液端进液口(514)，并从贯穿裂缝进液端(511)进入裂缝通道(512)内；

步骤B4：堵漏浆在裂缝通道(512)内累积逐渐形成堵漏层(100)，贯穿裂缝(51)的贯穿裂缝进液端(511)和贯穿裂缝进液端(511)处的压力逐渐增加，直至裂缝堵漏模拟器(5)内部压力达到第二回压阀(92)和第三回压阀(93)设置的压力值0.5P；

步骤B5：一部分堵漏浆贯穿通过裂缝板(50)进入第一支路(61)的进液端，先后依次经第二阀门(72)和第二回压阀(92)后，从第一支路(61)的出液端流出至第一废液池(610)；同时另一部分堵漏浆渗透过裂缝板(50)进入第二支路(62)的进液端，经第三回压阀(93)和第三阀门(73)后，从第二支路(62)的出液端进入第二废液池(620)；

步骤B6：重复步骤B4至步骤B5，直到当主循环回路内的堵漏浆压力达到第一回压阀(91)设置的压力值1.5P后，堵漏浆通过第一回压阀(91)进入下循环管路(4)，经过第一阀门(71)、堵漏浆罐回液控制阀(12)回到堵漏浆罐(1)；

步骤B7：观察第一压力表(81)和第二压力表(82)的压力值变化，直至第一压力表(81)和第二压力表(82)的压力值相同或接近，由此形成主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环；

步骤C：模拟钻井液冲刷堵漏层的实验，包括以下步骤：

步骤C1：保持所述步骤B7的主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环的状态下的设置，使堵漏浆在实验压力值P的压差下持续冲刷堵漏层(100)；

步骤C2：观察第一支路(61)的出液端和第二支路(62)的出液端处的流速变化情况；

步骤C3：分析判断堵漏层(100)是否稳定，若第一支路(61)的出液端和第二支路(62)的出液端流速变快，即说明堵漏层(100)被破坏；若第一支路(61)的出液端和第二支路(62)的出液端流速无变化，即说明堵漏层(100)未被破坏；

步骤D：评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果的实验。

2.如权利要求1所述的裂缝堵漏模拟的实验方法，其特征在于，所述步骤D包括以下步骤：

步骤D₁1：保持泥浆泵(31)处于工作状态，提高第一回压阀(91)压力值到2P，继续所述步骤B7的主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环；

步骤D₁2：观察第三压力表(83)的压力值变化情况，判断堵漏层(100)是否破坏，其判断方法为：如果第三压力表(83)的压力一致维持在0.5P左右，则表明堵漏层(100)未破坏；如果第三压力表(83)的压力突然降低，则表明堵漏层(100)破坏；

步骤D₁3：若保持第一回压阀(91)压力值的状态，第三压力表(83)的压力持续10分钟没变化，提高第一回压阀(91)的压力值1MPa至P₁MPa，其中P₁＝2P+1；

步骤D₁4：保持第一回压阀(91)压力值的状态，若第三压力表(83)的压力每持续10分钟没变化，则提高第一回压阀(91)的压力值1MPa；

步骤D₁5：重复所述步骤D₁4，直至第三压力表(83)出现突降为0，记录第一回压阀(91)当前状态所处的压力值P_n MPa，其中P_n＝2P+n，其中n为大于等于1的自然数；

步骤D₁6：将第三压力表(83)出现了下降时第一回压阀(91)当前状态所处的压力值P_nMPa记为堵漏层(100)的正向压差作用下的承压值；

步骤D₁7：评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果，即堵漏层(100)的承压值越高，说明堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果越好。

3.如权利要求2所述的裂缝堵漏模拟的实验方法，其特征在于，

在所述步骤D₁1中，保持泥浆泵(31)处于工作状态，提高第一回压阀(91)压力值到2P，通过计算机(33)控制脉冲电磁阀(32)的开启或关闭，让主循环回路每间隔5min开启一次，实现主循环回路中的堵漏浆封堵裂缝的动态循环，产生波动的循环压力，使贯穿裂缝进液端(511)和贯穿裂缝出液口(513)形成交替的正反向压差；

在所述步骤D₁6中，将第三压力表(83)出现了下降时第一回压阀(91)当前状态所处的压力值P_n MPa记为堵漏层(100)的正反向交替压差作用下的承压值。

4.如权利要求1所述的裂缝堵漏模拟的实验方法，其特征在于，所述步骤D包括以下步骤：

步骤D₂1：保持泥浆泵(31)处于工作状态，提高第二回压阀(92)压力值到2P，通过手压泵(6)给第一支路(61)施加压力，该压力反向作用于堵漏层(100)，使堵漏层(100)产生反向压力；

步骤D₂2：观察第三压力表(83)的压力值变化情况，判断堵漏层(100)是否破坏，其判断方法为：如果第三压力表(83)的压力一致维持在2P左右，则表明堵漏层(100)未破坏；如果第三压力表(83)的压力突然降低，则表明堵漏层(100)破坏；

步骤D₂3：若保持第一回压阀(91)压力值的状态，第三压力表(83)的压力持续10分钟没变化，提高第二回压阀(92)的压力值1MPa至P₁MPa，然后通过手压泵(6)给第一支路(61)施加反向压力至P₁MPa；

步骤D₂4：保持第一回压阀(91)压力值的状态，若第三压力表(83)的压力每持续10分钟没变化，则提高第二回压阀(92)的压力值1MP，然后通过手压泵(6)给第一支路(61)继续增压1MPa；

步骤D₂5：重复所述步骤D₂4，直至第三压力表(83)出现突降为0，记录第二回压阀(92)当前状态所处的压力值P_n MPa，其中n为大于等于1的自然数；

步骤D₂6：将第三压力表(83)出现了下降时第二回压阀(92)当前状态所处的压力值P_nMPa记为堵漏层(100)的反向压差作用下的承压值；

步骤D₂7：评价堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果，即堵漏层(100)的承压值越高，说明堵漏浆封堵裂缝的堵漏效果越好。

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